电流互感器励磁特性低频试验方法

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【摘 要】对电流互感器励磁特性试验设备的发展进行介绍，指出随着大变比及暂态保护用电流互感器在超高压、大容量发电机组中被广泛应用，常规励磁特性试验方法已经不能满足试验要求。提出可以采用低频、变频技术进行试验。对低频、变频电源的试验原理进行分析，说明采用该技术的优势。

【关键词】电流互感器；励磁特性；低频

一、引言

励磁特性试验是检测保护用电流互感器性能最常用、最有效的方法。通过励磁特性曲线能够测量电流互感器的复合误差，估算P级、PR级互感器的准确限值系数ALF，计算互感器二次时间常数Ts，绘制互感器准确限值系数与二次负荷的关系曲线等等，这些都是互感器的重要性能指标，可见电流互感器励磁特性试验的重要性。

近年来，随着全国电力事业的发展，发电厂单机容量不断增大，输电线路电压等级、输送容量越来越高。相应地，许多高电压、大变比组合式的P级、TP级电流互感器被采用，并且广泛使用的是额定二次电流为1A的互感器。此类互感器励磁饱和电压比较高，有的甚至达到20000伏以上，如：日本三菱电机株式会社生产的550kV套管TPY级电流互感器。对励磁饱和电压太高的互感器进行试验，特别是现场试验，从安全方面考虑，不主张在常规的工频下进行试验，而应在低频条件下进行。

二、励磁特性试验设备的发展

常规互感器励磁特性试验方法比较简单，对试验设备的要求也不高，众多厂商提供了各种电流互感器特性测试仪，其功能一般包括励磁特性测量、电流比测量、极性检测。早期的互感器特性测试仪内置较大容量的调压、升压、升流装置以及电流、电压表；电流比测量通过一次升流，并在一次、二次测量电流的方法，极性检测采用直流法。此类设备技术含量低，体积、质量大，操作步骤繁琐，最 大输出电压一般在 1000V 以下。

目前技术水平较高的互感器特性测试仪，内置程控电源、高精度交流采样、转换模块；电流比、极性测量采用电压法，其方法是在二次绕组施加电压，在一次绕组进行检测，计算出一二次绕组匝比，采用微处理器，并内置测试软件，可以进行数据分析、处理、打印；此类设备能满足常规试验要求，体积、质量小，操作方便，能够自动完成试验，试验效率高。但由于采用工频源，输出电压不能太高，一般在 2000V 以内，受输出容量限制及考虑安全因素，不适用于对高电压、大容量系统中的保护用电流互感器进行试验，如：超高压系统中罐式断路器的套管互感器、GIS 中的互感器、大容量变压器套管互感器、大容量发电机组的套管互感器等。

最先进的互感器特性测试仪采用变频技术，根据互感器励磁饱和电压不同，调节输出频率，可以在较低电压下进行试验，理论上可以对所有电磁式电流互感器进行试验，试验过程安全、简单，工作效率极高，劳动强度小，有的还具备比、角差测量功能以及能对 TP 级互感器的暂态性能进行测试，适合对保护用及测量用互感器进行测试。

三、低频励磁特性试验原理分析

大容量、高电压系统中使用的电流互感器往往励磁饱和电压较高，有的高达20000V以上。在传统的工频条件下对其进行励磁特性试验主要存在两方面问题：

1、在二次绕组施加如此高的电压不能保证试品安全，有可能损伤二次绕组或二次端子间的绝缘。

2、需要较大容量的调压、升压设备。

由于励磁试验的目的是测量铁心磁性能，因此可以在低频率下进行，这是因为励磁阻抗Zm=jwL，其与频率成正比，因而降低频率可以降低励磁阻抗，从而能够在较低励磁电压下获得相同的励磁电流，然后将低频测量结果折算到50Hz的电压即可。假设励磁特性试验在频率f1下进行，测得励磁电流I1、励磁电压U1，则此时铁心磁链Φ为：

Φ=（√2*U1）/（2лf1）

所以50Hz下的励磁电压U为：

U=√2*лfΦ=U1f/f1.

采用低频变频电源进行电流互感器励磁特性试验时，试验方法与常规方法一致，但是由于频率比较低，监视用电流表、电压表应为测量平均值原理的仪表。例如：一台TP级电流互感器，工频50Hz下励磁饱和电压10000V，若降低频率在5Hz下进行试验，最高励磁电压只需升到1000V左右即可完成试验。若励磁电流为0.5A，所需试验设备容量仅需500VA。

四、低频励磁特性试验优势

1、随着电力系统的发展，在超高压及大容量发电机组中许多大变比的 P 级、TP 级电流互感器被广泛采用，此类电流互感器的励磁饱和电压比较高，常规的工频励磁特性试验方法和试验设备已经不能满足试验需要，可以采用降低电源频率的方法进行试验。

2、采用低频电源一般有两种方式：

a.采用低频发电机；

b.通过对 50Hz 交流电源进行整流-逆变产生低频交流。

但是，采用低频发电机进行试验存在：由于发电机的频率波动，影响测量结果；需要的设备数量多、体积大，试验方法复杂；不适用于在现场进行试验等缺陷。

3、采用低频、变频电源进行试验具有下述优点：

a.理论上可以对任何类型的电磁式电流互感器进行试验，只要降低电源输出频率，不论励磁电压多高，都能安全地完成试验。

b.设备输出容量可以很低，无需大容量升流、高电压的升压装置，劳动强度低，工作效率高。

c.在低电压下完成试验，试验过程中人身、设备安全得到保障。

d.试验方法灵活，不受试验场所限制。

4、采用低频、变频技术进行电流互感器励磁特性试验理论上是正确的，因而采用低频、变频电源试验方法是对高励磁饱和电压电流互感器进行励磁特性试验的必然选择。

参考文献：

[1]GB1208-2006.电流互感器[S].

[2]GB16847-1997.保护用电流互感器暂态特性技术要求[S].